Ciepło: Co to jest ciepło? Ciepło. Ciepło: Co to jest ciepło? Ciepło to część energii wewnętrznej, którą ciało o temperaturze wyższej samorzutnie przekazuje.

Prezentacja na temat: "Ciepło: Co to jest ciepło? Ciepło. Ciepło: Co to jest ciepło? Ciepło to część energii wewnętrznej, którą ciało o temperaturze wyższej samorzutnie przekazuje."— Zapis prezentacji:

1 Ciepło: Co to jest ciepło? Ciepło

2 Ciepło: Co to jest ciepło? Ciepło to część energii wewnętrznej, którą ciało o temperaturze wyższej samorzutnie przekazuje ciału o temperaturze niższej. Ciepło oznaczamy literą Q i wyrażamy w dżulach [J].

3 Ciepło: Co to jest ciepło? Proces ten polega na przenoszeniu energii wewnętrznej za pomocą ciepła w wyniku zderzeń cząsteczek i elektronów między ciałami. Jeśli stykają się dwa ciała o różnych temperaturach, energia jest przekazywana od ciała o wyższej temperaturze.

4 Ciepło: Co to jest ciepło? Przekazywanie ciepła za pomocą fal elektromagnetycznych. Ten sposób przekazywania ciepła nie wymaga bezpośredniego kontaktu, np. Słońce promieniując ogrzewa Ziemię. Każde nagrzane do pewnej temperatury ciało, zaczyna wydzielać promieniowanie elektromagnetyczne. Również ciało człowieka promieniuje, przez co traci ciepło i może odczuwać chłód.

5 Ciepło: Co to jest ciepło? Konwekcja to unoszenie ciepłych mas powietrza do góry. Zgodnie z prawem Archimedesa ciecz o mniejszej gęstości znajduje się wyżej od tej o większej gęstości. Podgrzane powietrze zachowuje się podobnie jak ciecz. Jako, że posiada mniejszą gęstość, jest unoszone. Zjawisko to zostanie dokładnie omówione na lekcji następnej.

6 Ciepło: Co to jest ciepło? Przewodnikiem jest ciało, które dobrze przekazuje ciepło. Przykłady przewodników: srebro, aluminium, miedź, diament. Stal znacznie słabiej przewodzi ciepło. Izolatorem jest ciało, które utrudnia wymianę cieplą z otoczeniem. Przykłady izolatorów: drewno, styropian, powietrze, pianki poliuretanowe, plastik. Ciecze i gazy zazwyczaj słabo przewodzą ciepło.

7 Ciepło: Co to jest ciepło? 1.Układ zamknięty: nie wymienia energii ani masy z otoczeniem. 2.Układ izolowany: wymienia energię, nie wymienia masy z otoczeniem. 3.Układ otwarty: wymienia energię i masę z otoczeniem.

8 Ciepło: Co to jest ciepło? Cel doświadczenia: Zademonstrowanie zjawiska przewodnictwa cieplnego. Zestaw doświadczalny: pręt metalowy, 2 statywy, pałeczka szklana, kulki parafinowe, palnik Bundsena. Przebieg doświadczenia: Mocujemy na 2 statywach w równej odległości od palnika Bundsena, pałeczkę szklaną i metalowy pręt. Na obu w równych odległościach (np. co 5 cm) mocujemy kulki parafinowe. Odpalamy palnik. Po chwili obserwujemy, że z pałeczki metalowej zsuwają się kuleczki parafinowe. To samo zjawisko zachodzi w przypadku pałeczki szklanej znacznie dłużej. Sformułuj obserwacje i wnioski.

9 Ciepło: Co to jest ciepło? Cel doświadczenia: Wykazanie promieniowania cieplnego ciał. Zestaw doświadczalny: detektor promieniowania, termometr. Przebieg doświadczenia: Prosimy uczniów o zmierzenie temperatury klasy. Ustawiamy detektor na wykrytą temperaturę. Prosimy uczniów, by,,badali” klasę z detektorem. Na ekranie na niebiesko możemy zaobserwować ciągi świetlne, szczególnie koło okien, otworów drzwi. Człowiek na którego skierujemy detektor będzie świecił na czerwono. Na czerwono będzie też świecił pręt z doświadczenia 1. Sformułuj obserwacje i wnioski

10 Ciepło: Konwekcja i dylatacja Ciepło

11 Ciepło: Konwekcja i dylatacja Konwekcja to unoszenie ciepłych mas powietrza do góry. Zgodnie z prawem Archimedesa ciecz o mniejszej gęstości znajduje się u góry. Podgrzane powietrze zachowuje się podobnie jak ciecz. Jako, że posiada mniejszą gęstość, jest unoszone.

12 Ciepło: Konwekcja i dylatacja

13

14 Zjawisko rozszerzalności temperaturowej ciał. Ciała na skutek temperatury zwiększają swoją objętość (wymiary liniowe), przez co maleje ich gęstość. Zjawisko to można wyjaśnić wzrostem średniej odległości między cząsteczkami na skutek wzrostu energii drgań cząsteczek.

15 Ciepło: Konwekcja i dylatacja Zmianę linową (jednego wymiaru) można opisać wzorem: L2=L1+ΔL = L1 + cL1ΔT, Gdzie: L1- Początkowa długość ciała, L2- Końcowa długość ciała, ΔT- Zmiana temperatury, c- współczynnik rozszerzalności temperaturowej dla danego ciała. Najbardziej zjawisku ulegają gazy, najmniej ciała stałe.

16 Ciepło: Konwekcja i dylatacja Zjawisko to stało się podstawą współczesnego budownictwa: przerwy dylatacyjne w torach, aby nie pękały w lecie. Można je też zaobserwować w przewodach elektrycznych porównywanych w lecie i zimie (w lecie niżej wiszą). Do demonstracji różnej rozszerzalności cieplnej w różnych materiałach służy bimetal, gdzie metal o wyższej rozszerzalności znajduje się na zewnątrz. Jest to stosowane w termometrze bimetalicznym do pomiaru temperatury.

17 Ciepło: Konwekcja i dylatacja

18

19

20 Cel doświadczenia: Wykazanie dylatacji cieplnej metali. Zestaw doświadczalny: Moneta, drucik, szczypce, palnik. Przebieg doświadczenia: Naginamy drucik w okrąg, tak aby moneta ledwo przechodziła przez otwór. Potem nagrzewamy monetę i szczypcami próbujemy ją ponownie przeciągnąć przez druciany otwór. Sformułuj obserwacje i wnioski.

21 Ciepło: Konwekcja i dylatacja Cel doświadczenia: Zademonstrowanie zjawiska konwekcji. Zestaw doświadczalny: Szklanka, kalium, palnik. Przebieg doświadczenia: Do szklanki nalewamy zimnej wody. Dodajemy podzieloną na dwie części tabletkę kalium. Podgrzewamy szklankę na palniku. Sformułuj obserwacje i wnioski.

22 Ciepło: Konwekcja i dylatacja Cel doświadczenia: Zademonstrowanie zjawiska konwekcji. Zestaw doświadczalny: Woda, 2 probówki, szczypce, palnik Bundsena. Przebieg doświadczenia: Do każdej probówki nalewamy taką samą, małą objętość wody. Podgrzewamy jedną z góry, drugą z dołu. Sformułuj obserwacje i wnioski.

23 Ciepło: Konwekcja i dylatacja Cel doświadczenia: Zademonstrowanie zjawiska konwekcji. Zestaw doświadczalny: 2 szklanki, płyta CD, herbata, czajnik, woda. Przebieg doświadczenia: Gotujemy wodę w czajniku. Jedną szklankę napełniamy zimną wodą. W drugiej szklance zaparzamy herbatę. Na szklance z zimną wodą umieszczamy płytę CD. Zdecydowanym ruchem obracamy ją i układamy na szklance z gorącą wodą, tak aby płyta CD znajdowała się pomiędzy dwiema szklankami. Sformułuj obserwacje i wnioski.

24 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru Ciepło

25 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru Temperatura: Miara energii drgań cząstek. Jest parametrem stanu. Definiowalna jedynie dla stanu równowagi. W Polsce wyrażana jest w stopniach Celsjusza (°C).

26 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru Termometr cieczowy- najpowszechniej stosowany termometr. Zbudowany jest z bańki, kapilary wypełnionej cieczą. Najczęściej stosowany jest alkohol (pentan),toluen, dawniej rtęć. Dobrze sprawdza się w zakresie temperatur pokojowych, zakres przeciętnego termometru cieczowego to od -78 do 115°C.

27 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru

28 Składa się z drutu platynowego, przewodów doprowadzających i izolatora z miki. Najważniejszą część stanowi drucik platynowy nawinięty na izolator. Wykorzystuje zależność oporu, który zwiększa się wraz z wyższą temperaturą.

29 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru

30 Termometr z bimetalu: do pomiaru w stacjonarnych warunkach. Wadą jest czas reakcji i czułość termometru. Wykorzystuje zjawisko różnej rozszerzalności temperaturowej dwóch metali.

31 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru

32 ­­Wykorzystuje zjawisko Seebacka: powstawanie siły elektromotorycznej na styku dwóch metali lub półprzewodników. Zakres w przypadku styku miedziowo-wolframowego sięga do 2000°C.

33 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru

34 Stosowany do pomiaru temperatury w piecach hutniczych. Pomiaru dokonuje się na oko, porównując odcień czerwieni z wzornikiem. Cechuje go mała dokładność, błąd pomiaru +- 100 o C.

35 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru

36 Wykorzystują rozszerzalność cieplną powietrza lub wody. Siła wyporu zależy od gęstości cieczy. Najpopularniejszy termoskop to termometr Galileusza. Posiada kolorowe pływaki opisane temperaturą. Najwyższy pływający po powierzchni pływak sugeruje temperaturę. Posiada dużą bezwładność i wymaga wyskalowania.

37 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru

38 Za 0 w skali Celsjusza przyjmuje się punkt zamarzania wody. Natomiast 100 stopni to punkt wrzenia wody.

39 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru 0 stopni w skali Kelvina odpowiada zeru bezwzględnemu, czyli temperaturze, przy której ustaje ruch wszystkich cząstek. Różnica w skali Kelvina odpowiada różnicy w stopniach Celsiusza.

40 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru Skala używana w USA, gdzie 32°F odpowiadają temperaturze topnienia lodu. Wrzenie wody to 212°F.

41 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru [ºC]=([ºF]-32)*5/9 [ºF]=([ºC]*9/5)+32 [ºK]=[ºC]+273 [ºC]=[K]-273

42 Ciepło: Temperatura i sposoby jej pomiaru 100 o C =….K 25 o C=…..K -100 o C=…..K 300K=….. o C 0K=….. o C 100 o F=…. o C 100 o C=…. o F

43 Ciepło: Pojęcie równowagi termicznej. Ciepło

44 Ciepło: Pojęcie równowagi termicznej. Jeżeli ciało A znajduje się w równowadze termodynamicznej z ciałem C oraz układ B znajduje się w równowadze termodynamicznej z ciałem C, to ciało A znajduje się także w równowadze termodynamicznej z ciałem B. Stan równowagi oznacza równą temperaturę ciał, czyli „Jeżeli ciało A ma taką samą temperaturę jak ciało C i ciało B ma taką samą temperaturę jak ciało C, to ciała A,B,C mają taką samą temperaturę”.

45 Ciepło: Pojęcie równowagi termicznej.

46 Pojęcie równowagi ma jednak szersze znaczenie niż tylko temperaturę. Może być równowaga liczebna: taka sama liczba cząstek, chemiczna, termiczna, energetyczna, etc. Układy dążą do stanu równowagi.

47 Ciepło: Pojęcie równowagi termicznej. Stan równowagi termodynamicznej to stan, w którym nie zachodzi wymiana energii między układem a otoczeniem. Dwa układy, które nie są od siebie cieplnie odizolowane, znajdują się w stanie równowagi termodynamicznej, jeżeli mają jednakową temperaturę.

48 Ciepło: Pojęcie równowagi termicznej. Równowaga statyczna: Ciało znajduje się w równowadze, jednak trudno tę równowagę zniszczyć. Stan równowagi trwałej. Równowaga dynamiczna: Ciała znajdują się w równowadze, jednak łatwo można tę równowagę zaburzyć. Stan równowagi nietrwałej.

49 Ciepło: Pojęcie równowagi termicznej. Stan r. dynamicznejStan r. statycznej

50 Ciepło: Pojęcie równowagi termicznej. Energia kinetyczna zależy od temperatury, im wyższa temperatura tym cząsteczki ruszają się szybciej, a za tym idzie większa liczba zderzeń. Odwrotnie: im mniejsza liczba zderzeń, tym niższa temperatura.

51 Ciepło: Pojęcie równowagi termicznej. Cel doświadczenia: Zademonstrowanie zależności energii kinetycznej a temperatury. Zestaw doświadczalny: 2 słoiki, woda, czajnik, termometr. Przebieg doświadczenia: Podgrzewamy wodę w czajniku. Do jednego słoika wlewamy 0,5 litra wody, a do drugiego 0,25 litra wody. Dotykamy i porównujemy temperatury w dwóch słoikach. Można zmierzyć termometrem. Sformułuj obserwacje i wnioski.

52 Ciepło: Stan skupienia. Topnienie i krzepnięcie Ciepło

53 Ciepło: Stan skupienia. Topnienie i krzepnięcie Stan skupienia to forma występowania danej substancji określająca jej podstawowe cechy fizyczne. Tradycyjnie wyróżniano trzy stany skupienia: ciało stałe, ciecz, gaz. Obecnie wyróżnia się też plazmę i kondensat Bosego-Einsteina, którymi na razie nie będziemy się zajmować.

54 Ciepło: Stan skupienia. Topnienie i krzepnięcie

55 Przejście fazowe – proces termodynamiczny, który dąży do zmniejszenia energii układu. Jednym z przejść fazowych jest zmiana stanu skupienia.

56 Ciepło: Stan skupienia. Topnienie i krzepnięcie Topnienie - przemiana fazowa, polegająca na przejściu substancji ze stanu stałego w stan ciekły. Energia dostarczana do ciała stałego powoduje pokonanie sił wiążących między cząsteczkami ciała stałego. Zjawiskiem odwrotnym do zjawiska topnienia jest zjawisko krzepnięcia.

57 Ciepło: Stan skupienia. Topnienie i krzepnięcie Temperatura topnienia - temperatura, w której ciało stałe zaczyna zamieniać się w ciecz. Substancje mają ściśle określone temperatury topnienia przy których całe ciało stałe zamieni się w ciecz. W warunkach domowych czasami te temperatury lekko się różnią ze względu na wahania ciśnienia i zanieczyszczenia. Woda topnieje w 0 stopniach Celsjusza.

58 Ciepło: Stan skupienia. Topnienie i krzepnięcie Krzepnięcie - przechodzenie cieczy w stan stały. Energia oddawana przez ciecz powoduje zmniejszenie prędkości cząsteczek, a siły przyciągania łączą je w ciało stałe. Energia ciała zostaje obniżona.

59 Ciepło: Stan skupienia. Topnienie i krzepnięcie Cel doświadczenia: Pokazanie topienia. Zestaw doświadczalny: Deska z małą dziurką, 1 kg ciężarek, kostka lodu, drucik. Przebieg doświadczenia: Kostkę lodu obwiązujemy drutem przechodzącym przez dziurkę w desce. Na druciku wieszamy ciężarek. Sformułuj obserwacje i wnioski

60 Ciepło: Stan skupienia. Topnienie i krzepnięcie Cel doświadczenia: Pokazanie krzepnięcia (krystalizacji). Zestaw doświadczalny: Czajnik, miska, mały ocieplacz do rąk (z małą blaszką i CH3COONa w środku). Przebieg doświadczenia: Ogrzewamy ocieplacz w gorącej wodzie, potem czekamy aż trochę przestygnie. Sformułuj obserwacje i wnioski.

61 Ciepło: Sublimacja i resublimacja. Parowanie i skraplanie. Ciepło

62 Ciepło: Sublimacja i resublimacja. Parowanie i skraplanie. Parowanie- przechodzenie cieczy w stan gazowy. Siły pomiędzy cząsteczkami są pokonywane przez dostarczoną energię. Szybkość procesu parowania zależy od temperatury oraz ciśnienia pary nad cieczą. Parowanie nie zachodzi, gdy ciśnienie pary jest równe ciśnieniu pary nasyconej w danej temperaturze. Ten stan stanowi równowagę między parowaniem a skraplaniem. Procesem odwrotnym do parowania jest skraplanie pary.

63 Ciepło: Sublimacja i resublimacja. Parowanie i skraplanie.

64 Temperatura wrzenia – temperatura, w której substancja paruje w całej objętości, jest charakterystyczna dla danej substancji.

65 Ciepło: Sublimacja i resublimacja. Parowanie i skraplanie. Skraplanie (kondensacja)-przechodzenie gazu w stan ciekły. Ochłodzony gaz oddaje energię, zmniejsza się prędkość cząsteczek, siły przyciągania zbliżają cząsteczki. Kondensacja wiąże się ze zmniejszeniem odległości między cząsteczkami substancji. Spadek temperatury powoduje, że cząsteczki poruszają się wolniej. Siły oddziaływania między nimi wzrastają, aż do momentu uzyskania nowego stanu równowagi. Przy tym zachodzi wydzielanie energii w postaci ciepła. Cząsteczki tworzą zwartą masę, jednak nie powstają między nimi trwałe wiązania charakterystyczne dla ciał stałych.

66 Ciepło: Sublimacja i resublimacja. Parowanie i skraplanie.

67 Bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu stałego w gazowy. Następuje pominięcie stanu ciekłego. Przykładami ciała sublimującego jest suchy lód czyli zestalony dwutlenek węgla lub jod. Sublimacja zachodzi też podczas wysychania mokrego prania na dworze, gdy jest zimno. Sublimacja jest często wykorzystywana do oczyszczania związków chemicznych, które mają na tyle wysoką temperaturę wrzenia, że ich destylowanie byłoby bardzo kłopotliwe.

68 Ciepło: Sublimacja i resublimacja. Parowanie i skraplanie. Bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu gazowego w stały. Resublimacja jest procesem odwrotnym do sublimacji. W wyniku resublimacji wody (pary wodnej) powstaje szron. Resublimacja jest też wykorzystywana do oczyszczania substancji np. oczyszczania jodu.

69 Ciepło: Sublimacja i resublimacja. Parowanie i skraplanie.

70 Cel doświadczenia: Pokazanie sublimacji. Zestaw doświadczalny: Odświeżacz powietrza (w kostce), lód, 2 szklanki, czajnik, miska szklana. Przebieg doświadczenia: W misce umieszczamy szklankę z pokrojonym odświeżaczem powietrza. Na nią kładziemy szklankę z lodem. Nalewamy gorącą wodę do miski. Sformułuj obserwacje i wnioski.

71 Ciepło: Sublimacja i resublimacja. Parowanie i skraplanie. Cel doświadczenia: Pokazanie sublimacji i resublimacji. Zestaw doświadczalny: Kryształki jodu, kolba okrągłodenna, zlewka, palnik, podstawka. Przebieg doświadczenia: Przesypujemy jod do zlewki umieszczając na niej kolbę okrągłodenną napełnioną zimną wodą i całość podgrzewamy. Sformułuj obserwacje i wnioski.

72 Ciepło: Sublimacja i resublimacja. Parowanie i skraplanie. Cel doświadczenia: Pokazanie, że intensywność parowania zależy od wielkości powierzchni. Zestaw doświadczalny: Butelka, miska szklana, mazak. Przebieg doświadczenia: Do miski i butelki nalewamy takie same objętości wody. Zaznaczamy poziom pisakiem. Na kolejnej lekcji sprawdzamy co zaszło. Sformułuj obserwacje i wnioski.

73 Ciepło: Sublimacja i resublimacja. Parowanie i skraplanie. Cel doświadczenia: Pokazanie skraplania i parowania. Zestaw doświadczalny: Szklanka, Czajnik, talerzyk, mazak. Przebieg doświadczenia: Do szklanki wlewamy gorącą wodę, zaznaczamy poziom wody. Nakrywamy szklankę talerzykiem. Sformułuj obserwacje i wnioski.

74 Ciepło: Energia wewnętrzna. Związek pracy z ciepłem. Ciepło

75 Ciepło: Energia wewnętrzna. Związek pracy z ciepłem. Energia wewnętrzna U to funkcja stanu układu, całkowita energia zmagazynowana w danym układzie. Energia wewnętrzna, jak wszystkie formy energii, wyrażana jest w Joule’ach. Zmiana energii wewnętrznej zależy od wykonywanej pracy. Wykonanie pracy może wymagać dostarczenia energii lub sama dostarczać energię, np. elektrownia wodna. Trzeba zużyć energię, by przetransportować wodę na odpowiednią wysokość lub praca, którą wykonamy by wodę,,podnieść” dostarczy nam energii podczas ponownego spadku tej wody.

76 Ciepło: Energia wewnętrzna. Związek pracy z ciepłem.

77 Zmiana energii wewnętrznej w układzie zamkniętym zachodzi na skutek cieplnego przepływu energii Q oraz pracy W wykonanej przez układ bądź nad układem. ΔU= W+Q, gdzie: ΔU – Zmiana energii wewnętrznej, W – Praca, Q – Ciepło Pracę, która dostarcza energii oraz ciepło dostarczane do układu zapisujemy ze znaczkiem „+”. Pracę, która wymaga dostarczenia energii oraz ciepło zabierane z układu zapisujemy ze znaczkiem „-”.

78 Ciepło: Energia wewnętrzna. Związek pracy z ciepłem.

79 Zad.1 Ile energii zostało zamienione na ciepło, jeśli zmiana energii wewnętrznej wynosiła 10J, a wykonano pracę równą 4J? Zad.2 Ile wynosi energia końcowa, jeśli energia początkowa wynosiła 10J, a na wykonaną pracę 5J trzeba było zużyć 2J?

80 Ciepło: Energia wewnętrzna. Związek pracy z ciepłem. Dane:ΔU= 10JW=4JQ=? Wzory:ΔU= W+Q Przekształcenie:Q= ΔU-W Podstawienie:Q=10J-4J=6J Odpowiedź: Na ciepło zamieniono 6J energii.

81 Ciepło: Energia wewnętrzna. Związek pracy z ciepłem. Dane: U1= 10JW=5JQ=2J Wzory: ΔU= W+Q ΔU= U2- U1 Przekształcenie:U2- U1= W-Q, bo zużyto na ciepło U2 = W-Q + U1 Podstawienie:U2 = 10J+5J-2J=13J Odpowiedź: Na ciepło zamieniono 13J energii.

82 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Ciepło

83 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego W wielu sytuacjach życia codziennego potrzebujemy podgrzać lub ochłodzić różne ciała. Aby podgrzać ciało, trzeba dostarczyć mu energii, ciepła. Aby ochłodzić ciało, trzeba mu odebrać ciepło.

84 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Nie wszystkie ciała jest jednak równie łatwo podgrzać lub równie łatwo ochłodzić. Inna ilość ciepła potrzebna jest do pogrzania wody, inna do ogrzania powietrza w pokoju, inna do ogrzania srebra, ołowiu, inna dla piasku, węgla czy oleju.

85 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Każda substancja może zostać scharakteryzowana poprzez jej ciepło właściwe, wielkość opisującą ile ciepła trzeba dostarczyć do kilograma tej substancji, aby podgrzać ją o 1°C. Np. aby podgrzać kilogram wody o 1°C potrzeba aż 4200J (ilość energii potrzebną do podniesienia sztangi o masie ponad 210kg na wysokość 2m), a żeby pogrzać tę samą ilość złota o 1°C potrzeba tylko 129J.

86 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Oczywiście, jeżeli chcemy podgrzać 2kg wody, potrzeba do tego więcej energii, dokładnie 2 razy tyle co w przypadku 1kg wody – każdy kilogram potrzebuje 4200J energii do podgrzania go o 1°C. Podobnie, podgrzanie o 5°C, a nie o 1°C, będzie „kosztowało” 5 razy więcej energii.

87 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Aby zatem podgrzać ciało o cieple właściwym c w, o masie m, o różnicę temperatur ΔT, należy dostarczyć ilość ciepła wyrażoną wzorem: Jednostką ciepła właściwego substancji jest:

88 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Ciepła trzeba dostarczyć do ciał, nie tylko gdy chcemy je podgrzać, ale też gdy, np. chcemy jest stopić lub odparować. I znów, dla każdej substancji ilość ciepła potrzebna do stopienia kilograma tej substancji jest inna, np. dla złota wynosi ona 63kJ, a dla lodu 334kJ.

89 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Ciepło potrzebne do stopienia ciała o masie m i cieple topnienia c t wynosi: Jednostką ciepła topnienia substancji jest:

90 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Analogicznie możemy zdefiniować ciepło parowania, które jest ilością ciepła potrzebnego do odparowania 1kg danej substancji. Dla wody wielkość ta wynosi 2260kJ, na każdy kilogram wody.

91 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Ciepło potrzebne do odparowania ciała o masie m i cieple parowania cp wynosi: Jednostką ciepła parowania substancji jest:

92 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Jaka ilość ciepła jest potrzebna do ogrzania wody o masie 100g o 10°C? Przyjmij ciepło właściwe wody równe 4200J/kg/°C.

93 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Jaka ilość ciepła jest potrzebna do ogrzania srebra o masie 100g od temperatury 4°C do temperatury 14°C? Ciepło właściwe srebra wynosi 236 J/kg/°C.

94 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Złota obrączka o masie 5g zdjęta z ręki ochłodziła się od temperatury 35°C do 20°C. Ile ciepła oddała obrączka do otoczenia? Ciepło właściwe złota wynosi 129 J/kg/°C.

95 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Ile energii potrzeba do stopienia kostek lodu o temperaturze 0°C i masie 15g? Ciepło topnienia lodu wynosi 334 kJ/kg.

96 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Para wodna o masie 0,5kg skropliła się na ściankach naczynia. Ile ciepła oddała para do otoczenia? Ciepło parowania wody wynosi 2260 kJ/kg.

97 Ciepło: Wprowadzenie do bilansu cieplnego Kilogram lodu stopiono, podgrzano, a następnie odparowano. Na który z procesów – stopienie czy odparowanie, zużyto większą ilość ciepła? Jaką ilość ciepła zużyto na podgrzanie wody od 0°C do 100°C? Ciepło topnienia lodu: 334 kJ/kg, ciepło właściwe wody: 4200 J/kg/°C, ciepło parowania wody: 2260 kJ/kg.

98 Ciepło: Bilans cieplny. Ciepło

99 Ciepło: Bilans cieplny. Gdy dochodzi do kontaktu dwóch substancji o różnych temperaturach, zawsze dostaniemy w wyniku układ, w którym temperatura obu substancji wyrównała się. Końcowa temperatura jest zawsze większa od temperatury zimniejszego ciała i mniejsza od temperatury cieplejszego ciała.

100 Ciepło: Bilans cieplny. Jeżeli do herbaty o temperaturze 90°C dolejemy wodę o temperaturze 20°C, to rozcieńczona herbata, którą w ten sposób otrzymamy, na pewno będzie miała temperaturę większą od 20°C i mniejszą od 90°C.

101 Ciepło: Bilans cieplny. Przyjmijmy, że w opisanym wyżej układzie temperatura końcowa wynosiła 60°C. Skoro tak, woda podgrzała się o 40°C. Aby podgrzać wodę o 40°C, potrzeba dostarczyć jej energii.

102 Ciepło: Bilans cieplny. Podobnie, herbata ochłodziła się o 30°C. Herbata, aby ochłodzić się, musi pozbyć się pewnej ilości energii. Skąd woda wzięła energię potrzebną do jej pogrzania? Gdzie herbata znalazła ujście dla ilości ciepła, którą musiała oddać? Odpowiedź na oba te pytania jest oczywiście prosta: ciepło, które herbata oddała, zostało pochłonięte przez wodę.

103 Ciepło: Bilans cieplny. Jest to intuicyjnie czytelna treść bilansu cieplnego: jeżeli temperatura dwóch ciał wyrównała się i nie było utraty ciepła do otoczenia (czyli te dwa ciała stanowiły układ zamknięty), to ilość ciepła pobranego przez jedno z ciał, jest równe ilości ciepła oddanego przez drugie ciało.

104 Ciepło: Bilans cieplny. Do wanny z 10kg wody (ok. 10l wody) o temperaturze 30°C dodano 1kg (ok. 1l) wody o temperaturze 100°C. Jaka będzie, zakładając brak strat energii, temperatura wody po wyrównaniu temperatur? Oznaczmy końcową temperaturę wody jako T. Jest ona wyższa od 30°C i niższa od 100°C.

105 Ciepło: Bilans cieplny. Zimna woda ogrzała się do temperatury T, więc pobrała ciepło: Gorąca woda z kolei ochłodziła się do temperatury T, musiała zatem oddać ciepło zimniejszej wodzie. Gorąca woda ochłodziła się od temperatury 100°C do temperatury T, więc różnica temperatur w jej przypadku wynosi (100°C -T).

106 Ciepło: Bilans cieplny. Oddała zatem ciepło: Ponieważ na mocy bilansu cieplnego ciepło, które oddała gorąca woda, musi równać się ciepłu, które pobrała chłodniejsza woda, możemy napisać:

107 Ciepło: Bilans cieplny. Otrzymujemy równanie z jedną niewiadomą T, z którego po krótkich przekształceniach otrzymujemy stąd

108 Ciepło: Bilans cieplny. 100g rozgrzanego do temperatury 200°C oleju zmieszano z 400g oleju o temperaturze 20°C, w wyniku czego układ osiągnął temperaturę 56°C. Ile ciepła oddał gorący olej? Ile ciepła pobrał chłodny olej? Czy te ciepła są takie same?

109 Ciepło: Bilans cieplny. Do herbaty o masie 200g i temperaturze 80°C dodano 50g wody o temperaturze 20°C. Jaką temperaturę będzie mieć herbata po wyrównaniu temperatur? Przyjmij, że ciepło właściwe wody i ciepło właściwe herbaty są sobie równe.

110 Ciepło: Bilans cieplny. Dwie kostki lodu, jedna o masie 10g i temperaturze -6°C, druga o masie 20g i temperaturze -18°C, odizolowano od otoczenia i połączono ze sobą. Jaką temperaturę będą miały kostki lodu po wyrównaniu temperatur?

111 Ciepło: Bilans cieplny. Do pojemnika, w którym znajdował się 1kg wody o temperaturze 20°C, włożono rozgrzane do 320°C ołowiane ciężarki o łącznej masie 1kg. Jaka będzie temperatura układu po wyrównaniu się temperatur? Przyjmij, że układ jest izolowany, ciepło właściwe wody wynosi 4200 J/kg/°C, ciepło właściwe ołowiu wynosi 130 J/kg/°C.

112 Ciepło: Lekcja powtórzeniowa Ciepło

113 Ciepło: Lekcja powtórzeniowa Ciepło

114 Ciepło: Lekcja powtórzeniowa 1.Przewodnikiem cieplnym nie jest? a)Srebro b)Diament c)Drewno 2.W zjawisku konwekcji ciepła para: a)Unosi się b)Spada na dół c)Nic nie robi 3. W układzie zamkniętym: a)Wymieniana jest energia. b)Wymieniana jest masa. c)Nic nie jest wymieniane.

115 Ciepło: Lekcja powtórzeniowa 4.Jednostką ciepła jest a) Newton b) Joule c) Kilogram 5. Jeżeli ciało A jest w równowadze z ciałem C, a ciało B jest w równowadze z ciałem C, to ciało A jest w równowadze z ciałem B. Jest to treść: a) Zerowej zasady termodynamiki Newtona. b) Pierwszej zasady termodynamiki Newtona. c) Pierwszej zasady dynamiki Newtona 6.Zjawiskiem odwrotnym do skraplania jest: a) Topnienie b) Parowanie c) Krzepnięcie

116 Ciepło: Lekcja powtórzeniowa 7. Sposobem przekazywania ciepła nie jest: a) Promieniowanie b) Przewodnictwo c) Dylatacja 8. Wraz z wyższą temperaturą: a) Cząstki poruszają się szybciej. b) Cząstki poruszają się wolniej. c) Cząstki przestają się poruszać. 9. Substancją, która nie sublimuje jest: a) Jod b) Suchy lód c) Drewno 10. 0 w skali Kelvina to temperatura: a) Wrzenia wody b) Topnienia lodu c) W której ustają drgania cząstek

117 Ciepło: Lekcja powtórzeniowa Zadanie 1. W jakim stosunku należy zmieszać wodę o temperaturze 100 o C z wodą o 20 o C, aby temperatura końcowa wody wynosiła 40 o C, jeżeli układ jest zamknięty? Zadanie 2. Oblicz minimalną energię potrzebną do całkowitego stopienia 130 g srebra o temperaturze początkowej 15 o C. Ciepło właściwe srebra wynosi 236 J/(kg K), a ciepło topnienia 105 KJ/kg, temperatura topnienia srebra 958 o C. Zadanie 3. W aluminiowym rondlu o masie 500g znajduje się woda o masie 1kg. Temperatura wody i rondla wynosi 20 stopni Celsjusza. Jaką masę wrzątku o temperaturze 100 stopni Celsjusza należy dolać, aby temperatura wody wzrosła do 60 stopni Celsjusza?

118 Ciepło: Lekcja powtórzeniowa 1.Przewodnikiem cieplnym nie jest? a)Srebro b)Diament c)Drewno 2.W zjawisku konwekcji ciepła para: a)Unosi się b)Spada na dół c)Nic nie robi 3. W układzie zamkniętym: a)Wymieniana jest energia. b)Wymieniana jest masa. c)Nic nie jest wymieniane.

119 Ciepło: Lekcja powtórzeniowa 4.Jednostką ciepła jest a) Newton b) Joule c) Kilogram 5. Jeżeli ciało A jest w równowadze z ciałem C, a ciało B jest w równowadze z ciałem C, to ciało A jest w równowadze z ciałem B. Jest to treść: a) Zerowej zasady termodynamiki Newtona. b) Pierwszej zasady termodynamiki Newtona. c) Pierwszej zasady dynamiki Newtona 6.Zjawiskiem odwrotnym do skraplania jest: a) Topnienie b) Parowanie c) Krzepnięcie

120 Ciepło: Lekcja powtórzeniowa 7. Sposobem przekazywania ciepła nie jest: a) Promieniowanie b) Przewodnictwo c) Dylatacja 8. Wraz z wyższą temperaturą: a) Cząstki poruszają się szybciej. b) Cząstki poruszają się wolniej. c) Cząstki przestają się poruszać. 9. Substancją, która nie sublimuje jest: a) Jod b) Suchy lód c) Drewno 10. 0 w skali Kelvina to temperatura: a) Wrzenia wody b) Topnienia lodu c) W której ustają drgania cząstek

121 Ciepło: Lekcja powtórzeniowa Zadanie 1. 1/3 Zadanie 2. 42.7 kJ Zadanie 3. 1.1 kg

122 Ciepło: Lekcja powtórzeniowa

123 Cel doświadczenia: Utrwalenie zjawisk i pojęć Zestaw doświadczalny: Obieg wody w przyrodzie, Kostki lodu, Lampka 60 Watt Przebieg doświadczenia: Włączamy lampkę. Umieszczamy w miejscu do tego przeznaczonym kostki lodu (na chmurce). Obserwacje: Zwiększająca się para wodna powoduje skraplanie się zimnej chmury. Zaczyna padać deszcz. Rzeki zbierają padający deszcz i transportują go z powrotem do zbiornika wodnego. Cykl zamyka się. Wnioski: W przyrodzie zachodzą naturalnie zjawiska parowania, topnienia, skraplania etc.

124 Ciepło: Lekcja powtórzeniowa Odpowiedz pisemnie na pytania: Jakie zjawiska fizyczne możesz zaobserwować podczas obiegu wody w przyrodzie? Wymień zjawiska przeciwne do nich. Co się wówczas dzieje? Jakich zjawisk nie uwzględniono w cyklu?